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2019-2020年高考化學一輪復習 課時23 電解池及其應用考點過關電解池的工作原理【基礎梳理】1. 定義把轉(zhuǎn)化為的裝置。其中與電源相連的電極稱為陽極，與電源相連的電極稱為陰極。2. 陽極材料(1)惰性電極:由石墨、Ti、Pt、Au等導體構成，只起導電作用。(2)活潑電極:電極材料參與反應。3. 電極反應(1)陽極反應(與外電源的極相連):發(fā)生電子的反應;陰極反應(與外電源的極相連):發(fā)生電子的反應。(2)電子和離子的流向電子從電源極流向電解池的極;從電解池的極流向電源的極。陽離子移向電解池的極;陰離子移向電解池的極。(電子不會進入電解質(zhì)溶液中，電解質(zhì)溶液的導電是靠離子的流動形成的)以電解氯化銅為例:電極反應陽極:2Cl-2e-Cl2陰極:Cu2+2e-Cu總反應式:CuCl2Cu+Cl24. 電極放電順序(1)陽極產(chǎn)物的判斷首先看電極材料，如果電極是活性電極(如金屬)，則失電子，電極消耗被溶解，溶液中的陰離子不能失電子。如果電極是惰性電極(如石墨、Pt、Au)，則要看溶液中的失電子能力，放電順序如下: (2)陰極上陽離子的放電順序(陰極放電的總是溶液中的陽離子，與電極材料無關)注意:放電是指陰離子失去電子而陽離子得到電子的過程。5. 用惰性電極電解不同溶液的比較類 型電極反應特點實例電解對象電解質(zhì)濃度pH電解液復原電解水型陰:4H+4e-2H2陽:4OH-4e-2H2O+O2NaOH水增大增大水H2SO4水增大減小水Na2SO4水增大不變水電解電解質(zhì)型電解質(zhì)電離出的陰、陽離子分別在兩極放電HCl電解質(zhì)減小增大氯化氫CuCl2電解質(zhì)減小增大氯化銅放H2生堿型陰極:H2O放H2生堿陽極:電解質(zhì)陰離子放電NaCl電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)增大氯化氫放O2生酸型陰極:電解質(zhì)陽離子放電陽極:H2O放O2生酸CuSO4電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)減小CuO或CuCO3微課1有關電極反應式及總反應式的書寫(1)用惰性電極電解AgNO3溶液:陽極反應式:;陰極反應式:;總反應離子方程式:。(2)用惰性電極電解MgCl2溶液陽極反應式:;陰極反應式:;總反應離子方程式: 。(3)用鐵作電極電解NaCl溶液陽極反應式:;陰極反應式:;總反應離子方程式:。(4)用銅作電極電解鹽酸陽極反應式:;陰極反應式:;總反應離子方程式:。答案(1)2H2O-4e-O2+4H+4Ag+4e-4Ag4Ag+2H2O4Ag+O2+4H+(2)2Cl-2e-Cl22H2O+2e-2OH-+H2Mg2+2Cl-+2H2OMg(OH)2+Cl2+H2(3)Fe-2e-Fe2+2H2O+2e-2OH-+H2Fe+2H2OFe(OH)2+H2(4)Cu-2e-Cu2+2H+2e-H2Cu+2H+Cu2+H2【典型例題】一、 電解池工作原理(xx北京卷)用石墨電極電解CuCl2溶液(如右圖)。下列分析正確的是 ()A. a端是直流電源的負極B. 通電使CuCl2發(fā)生電離C. 陽極上發(fā)生的反應: Cu2+2e-CuD. 通電一段時間后，在陰極附近觀察到黃綠色氣體答案A解析用石墨電極電解CuCl2溶液時，Cu2+移向電解池的陰極，故a端是直流電源的負極，A項正確;CuCl2晶體溶于水時發(fā)生電離，與是否通電無關，B項錯誤;陽極上發(fā)生氧化反應，其電極反應式為2Cl-2e-Cl2，故通電一段時間后在陽極附近觀察到黃綠色氣體，C、D項錯誤。題組訓練:1. 下圖是鉛蓄電池充、放電時的工作示意圖，電解質(zhì)是H2SO4溶液。電池反應為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。下列有關說法正確的是 ()A. K與N相接時，能量由電能轉(zhuǎn)化為化學能B. K與N相接時，H+向負極區(qū)遷移C. K與M連接時，所用電源的a極為負極D. K與M相接時，陽極附近的pH逐漸增大答案C解析K與N相接時，是原電池，Pb作負極，PbO2作正極，能量變化為化學能轉(zhuǎn)化為電能，故A錯誤;K與N相接時，是原電池，Pb作負極，PbO2作正極，氫離子移向正極，故B錯誤;K與M連接時，裝置是電解池，電解池中的Pb為陰極連接電源的負極，故C正確;K與M連接時，裝置是電解池，陽極是PbO2，電極反應過程中生成氫離子，pH減小，故D錯誤。2. 用如右圖裝置實驗，下列敘述不正確的是 ()A. K與N連接時，組成原電池裝置B. K與N連接時，石墨電極產(chǎn)生氣泡C. K與M連接時，一段時間后溶液的pH減小D. K與M連接時，石墨電極的反應為 2Cl-2e-Cl2答案C解析K與N連接時，構成原電池，鐵為負極，石墨電極為正極:2H+2e-H2，A、B項正確;K與M連接時，組成電解池，石墨為陽極:2Cl-2e-Cl2，D正確;鐵為陰極，2H+2e-H2，消耗了H+，一段時間后，溶液的pH增大，C錯誤。3. 下圖裝置中盛KOH溶液的部分是一個氫氧燃料電池，對此裝置的分析合理的是 ()A. 該裝置中Cu極為正極B. 一段時間后鋅片質(zhì)量減少C. b極的電極反應式:H2-2e-+2OH-2H2OD. Cu極的電極反應式:Cu2+2e-Cu答案C解析本題由圖可知左半圖為原電池，右半圖為電解池。a極進氧氣得電子，為正極;b極進氫氣失電子，為負極;所以鋅極為陰極，銅極為陽極。4. 電浮選凝聚法處理污水的原理如右圖所示。電解過程生成的膠體能使污水中的懸浮物凝聚成團而除去，電解時陽極也會產(chǎn)生少量氣體。下列說法正確的是 ()A. 可以用鋁片或銅片代替鐵片B. 陽極產(chǎn)生的氣體可能是O2C. 電解過程中H+向陽極移動D. 若污水導電能力較弱，可加入足量硫酸答案B解析該裝置中陽極上鐵失電子生成Fe2+，進一步生成的Fe3+在溶液中形成氫氧化鐵膠體，從而起到凝聚作用，因銅離子不能形成膠體，A錯;陽極上OH-可以失電子生成O2，B正確;電解過程中溶液中的陽離子向陰極移動，C錯;在污水中加入硫酸，氫氧化鐵膠體將無法形成，D錯。二、 原電池與電解池的組合 某同學組裝了如下圖所示的電化學裝置，電極為Al，其他均為Cu，則 ()A. 電流方向:電極G電極B. 電極發(fā)生還原反應C. 電極逐漸溶解D. 電極的電極反應:Cu2+2e-Cu答案A解析由題意可知，該裝置中電極、是原電池的兩極，是負極，是正極，、是電解池的兩極，其中是陽極，是陰極，所以電流方向:電極 電極，正確;電極是原電池的負極，發(fā)生氧化反應，錯誤;電極是原電池的正極，發(fā)生還原反應，有Cu析出，錯誤;電極是陽極，發(fā)生氧化反應，電極反應是Cu-2e-Cu2+，錯誤。 按下圖裝置進行實驗，下列描述正確的是(N裝置中兩個電極均為石墨棒)()A. C1上發(fā)生還原反應B. M裝置中S移向Cu電極C. 工作一段時間后裝置M和裝置N中溶液pH都變大D. Cu電極與C2電極上的電極反應相同答案D解析首先是電池的判斷:M裝置是原電池，N裝置是電解池。Zn電極為負極，Cu電極是正極;C1是陽極，C2是陰極。原電池中陰離子向負極移動，所以M裝置中S移向Zn電極。電解池中，陽極上發(fā)生氧化反應。工作一段時間后裝置M中因在銅極放出氫氣而使溶液的酸性減小(即pH變大)，而裝置N實際是電解水，隨著水的不斷消耗，硫酸的濃度會增大(即溶液的pH變小)。Cu電極是發(fā)生還原反應，放出氫氣，C2電極上也是發(fā)生還原反應，放出氫氣，D正確。三、 電解后原電解質(zhì)溶液濃度的恢復 用石墨作電極電解CuSO4溶液。通電一段時間后，欲使用電解液恢復到起始狀態(tài)，應向溶液中加入適量的 ()A. CuSO4B. H2O C. CuO D. CuSO45H2O答案C解析用石墨作電極電解CuSO4溶液的電解方程式是2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2，根據(jù)缺什么補什么，選項C正確。電解的應用【基礎梳理】1. 電冶、粗銅精煉(1)電解熔融氯化鈉陽極: 陰極: 總反應式: (2)粗銅的精煉陽極(粗銅):Cu-2e-Cu2+陰極(精銅):Cu2+2e-Cu在電解精煉銅時，用作陽極，用作陰極，電解液用。整個電解過程中銅鹽的濃度基本保持，但需要定時除去其中的雜質(zhì)，即陽極泥(從陽極沉積下來的活潑性比銅差的金、銀等)。2. 電鍍(1)電鍍是應用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他的過程。電鍍是電解的一個重要應用。電鍍時，一般都是用鍍層金屬的可溶性鹽配成電鍍液，把鍍件作為，與電源的極相連;鍍層金屬作。(2)特征:陽極本身溶解;電解液的總量、濃度、pH均不變。(3)形成條件電解時，鍍層金屬作陽極。鍍件作陰極。含鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液作電鍍液。外加直流電源。微課2電解飽和食鹽水(氯堿工業(yè))1. 反應原理:電極反應式:陽極:2Cl-2e-Cl2;陰極:2H2O+2e-2OH-+H2?？偡磻?2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2注意:電解所用的食鹽要精制。2. 氯堿工業(yè)離子交換膜法電解生產(chǎn)的主要過程:NaCl從陽極區(qū)加入，H2O從陰極區(qū)加入。陰極H+放電，破壞了水的電離平衡，使OH-濃度增大，OH-和Na+形成NaOH溶液。陽離子交換膜的作用:它只允許陽離子和水分子通過而阻止陰離子和氣體通過。這樣既防止了兩極產(chǎn)生的H2和Cl2混合爆炸，又避免了Cl2和陰極產(chǎn)生的NaOH反應生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量。【典型例題】一、 電冶、粗銅精煉、電鍍我國某大型電解銅生產(chǎn)企業(yè)，其冶煉工藝中銅、硫回收率達到97%、87%。下圖表示其冶煉加工的流程:冶煉中的主要反應:Cu2S+O22Cu+SO2。(1)煙氣中的主要廢氣是，從提高資源利用率和減排考慮，其綜合利用方式是制。(2)電解法煉銅時，陽極是(填“純銅板”或“粗銅板”);粗銅中含有的金、銀以單質(zhì)的形式在電解槽(填“陽極”或“陰極”)的槽底，陰極的電極反應式是。(3)在精煉銅的過程中，電解質(zhì)溶液中c(Fe2+)、c(Zn2+)會逐漸增大而影響進一步電解。幾種物質(zhì)的溶度積常數(shù)(Ksp):物質(zhì)Fe(OH)2Fe(OH)3Zn(OH)2Cu(OH)2Ksp8.010-164.010-383.010-172.210-20調(diào)節(jié)電解液的pH是除去雜質(zhì)離子的常用方法。根據(jù)上表中溶度積數(shù)據(jù)判斷，含有等物質(zhì)的量濃度的Fe2+、Zn2+、Fe3+、Cu2+的溶液，隨pH升高最先沉淀下來的離子是。一種方案是先加入過量的H2O2，再調(diào)節(jié)pH到4左右。加入H2O2后發(fā)生反應的離子方程式為。答案(1)SO2硫酸(2)粗銅板陽極Cu2+2e-Cu(3)Fe3+2Fe2+H2O2+2H+2Fe3+2H2O解析由冶煉中的主要反應:Cu2S+O22Cu+SO2，得知煙氣中的主要廢氣是SO2。其綜合利用方式是制硫酸;粗銅板是陽極，陽極發(fā)生氧化反應。陰極的電極反應式是Cu2+2e-Cu。題組訓練:5. 右圖是某同學用Cu在Fe片上鍍銅的實驗裝置，下列說法正確的是 ()A. Cu2+在A極被還原B. 溶液藍色逐漸變淺C. 銅片連接A極，鐵制品連接B極D. A極和B極直接相連，銅片被氧化答案C解析Fe片上鍍銅，銅作陽極，即A電極，鐵作陰極，即B電極，C項正確;Cu2+在B極被還原，A項錯誤;電解時銅離子的濃度不變，B項錯誤;A極和B極直接相連，構成原電池裝置，銅片作正極，銅片本身不參與反應，D項錯誤。6. 下列敘述不正確的是 ()A. 電解法精煉銅時粗銅連接電源的正極B. 船底鑲嵌鋅塊，鋅作負極，以防船體被腐蝕C. 電解硫酸銅溶液，溶液的pH增大D. 工業(yè)上電解飽和食鹽水的陽極反應: 2Cl-2e-Cl2答案C解析電解硫酸銅溶液，陽極OH-放電，產(chǎn)生O2，所以溶液的pH下降。7. 下列說法正確的是 ()A. 原電池工作，陰離子移向正極B. 鐵片表面鍍鋅，鐵片接電源負極C. 用Cu作電極電解H2O，陽極反應為 4OH-4e-2H2O+O2D. 鉛蓄電池充電時陽極反應: PbSO4(s)+2e-Pb(s)+S(aq)答案B解析原電池工作時，負極帶正電，陰離子移向負極;B項正確。C項用Cu作電極電解H2O，陽極反應應該為Cu失去電子變成Cu2+;D項，陽極:PbSO4(s)-2e-+2H2O(l)PbO2(s)+S(aq)+4H+。8. 利用電解法可將含有Fe、Zn、Ag、Pt等雜質(zhì)的粗銅提純，下列敘述正確的是()A. 電解時以精銅作陽極B. 電解時陰極發(fā)生氧化反應C. 粗銅連接電源負極，其電極反應是CuCu2+2e-D. 電解后，電解槽底部會形成含少量Ag、Pt等金屬的陽極泥答案D解析電解精煉銅時，粗銅作陽極，精銅作陰極，故A、C錯;電解池中陰極發(fā)生還原反應，故B錯;比銅活潑性差的金屬形成陽極泥，故D正確。二、 電解飽和食鹽水氯堿工業(yè) (1)工業(yè)上用電解飽和食鹽水的方法制取燒堿和氫氣、氯氣。下圖是電解飽和食鹽水裝置的一部分，請將裝置補充完整，并標出陰、陽極和通電時溶液中離子移動的方向。陰極反應式為;反應類型為(填“氧化反應”或“還原反應”)，總反應式為。(2)氯堿工業(yè)中電解飽和食鹽水的原理示意圖如下圖所示:溶液A的溶質(zhì)是 。電解時用鹽酸控制陽極區(qū)溶液的pH在23，用化學平衡移動原理解釋鹽酸的作用:。答案(1)2H+2eH2還原反應2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2(2)NaOH氯氣與水反應:Cl2+H2OHCl+HClO，增大HCl的濃度可使平衡逆向移動，減少氯氣在水中的溶解，有利于氯氣的逸出解析(2)陰極產(chǎn)生氫氣的同時生成氫氧化鈉。氯氣與水反應是可逆反應，增大HCl的濃度可使平衡逆向移動，減少氯氣在水中的溶解，有利于氯氣逸出。 用圖1電池作電源，用圖2裝置電解飽和食鹽水(C1、C2均為石墨電極)。 圖1 圖2(1)該反應的離子方程式為 。(2)電解開始后，在電極(填“C1”或“C2”)的周圍先出現(xiàn)紅色。(3)電解尿素CO(NH2)2的堿性溶液制氫氣的裝置示意圖如下:電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰、陽兩極均為惰性電極。A極為，電極反應式為 。B極的電極反應式為 。答案(1)2Cl-+2H2O2OH-+H2+Cl2 C2(2)陽極CO(NH2)2+8OH-6e-N2+C+6H2O6H2O+6e-3H2+6OH-解析(2)H2產(chǎn)生是因為H2O電離的H+在陰極上得電子，即6H2O+6e-3H2+6OH-，所以B極為陰極，A極為陽極，A極電極反應式為CO(NH2)2-6e-+8OH-N2+C+6H2O，陽極反應式容易錯寫成4OH-4e-2H2O+O2。 可充電電池(以鉛蓄電池為例) (1)放電時是原電池的原理:負極:Pb(s)-2e-+S(aq)PbSO4(s)正極:PbO2(s)+2e-+S(aq)+4H+(aq)PbSO4(s)+2H2O(l)總反應:PbO2(s)+2H2SO4(aq)+Pb(s)2PbSO4(s)+2H2O(l)(2)充電時是電解池原理:陰極:PbSO4(s)+2e-Pb(s)+S(aq)陽極:PbSO4(s)-2e-+2H2O(l)PbO2(s)+S(aq)+4H+總反應:2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)由上可看出放電時原電池的負極在充電時與外電源的負極相連，即變?yōu)殡娊獬氐年帢O;放電時原電池的正極在充電時與外電源的正極相連，即變?yōu)殡娊獬氐年枠O(電子流出)。